(57)【要約】【課題】 製造が容易で量産化に向く新たな同期機の構成を提案せんとするものである。【解決手段】  磁極が両者間で対向するように設置されると共に、両者間の相対的な回転により電力乃至動力を取り出すロータ１とステータ２とを備え、該ロータ１又はステータ２のうち少なくとも一方の磁極を電磁石で構成すると共に、電磁石で構成されたロータ１側及び／又はステータ２側の磁極の向きを、対向するステータ２側又はロータ１側の磁極の向きに対して傾斜せしめた同期機において、上記ステータ２の数を１３極、対向するロータ１の数を１２極としている。【選択図】        図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
複数組の磁極を夫々が有し、これらの磁極が両者間で対向するように設置されると共に、両者間の相対的な回転により電力乃至動力を取り出すロータとステータとを備え、該ロータ又はステータのうち少なくとも一方の磁極を電磁石で構成すると共に、電磁石で構成されたロータ側及び／又はステータ側の磁極の向きを、対向するステータ側又はロータ側の磁極の向きに対して傾斜せしめた同期機において、上記ステータの数を１３極、対向するロータの数を１２極又は１４極とすることを特徴とする同期機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この考案は、ロータとステータとの相対的な回転により電力乃至動力を取り出す同期機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の電動機乃至発電機の構成を示しており、コイルｃを巻回せしめて構成された磁極１０を複数有するロータ１の周囲に、永久磁石で構成された複数の磁極２０を有するステータ２を配し、ロータ１又はステータ２の回転により電力乃至動力を取り出す構成とされている。
【０００３】
この種の同期機では、一方の磁極の谷間にもう一方の磁極が正対した時に強いコッキングを生じ、滑らかな回転が得られないという問題があった。これを防止する手段として、ステータ２の永久磁石を、図４に示すように、ロータ１側の磁極１０に対してスキューする（所定の角度を付ける）ように構成している（ロータ１の中心線に対してステータ２の磁極２０の境界部が傾斜するよう構成している）。
【０００４】
しかしリング状に構成されるステータ２側の磁極２０を永久磁石で構成する場合、その境界部を斜めに着磁させることは非常に困難である。また予め斜めに切断された永久磁石をリング状に貼り合わせてステータ２とする場合でも、放電加工乃至フライスで斜めに切断することは、熟練を要し、大量生産には不向きである。
【０００５】
また上記構成を、電気自動車のホイール内に設置されるホイールインモータとして用いる場合、動力特性が従来のレシプロエンジンより低いという欠点がある。そればかりか、使用時の温度が著しく低い或いは高い寒冷地や酷暑地域では、出力低下が顕著になり、実用性に乏しいという欠点もあった。更にそのような地域では、該電動機がなかなか始動しないという問題がある他、回転時にあっては、負荷が大きくなって電動機の温度が上昇した場合（或いは何らかの理由で電動機周囲の温度が急激に下がった時）にも、出力低下が目立って大きくなっていた。
【０００６】
従って、製造が容易で量産化に向く新たな同期機が求められ、また特に電気自動車用の電動機としての動力特性が高く、且つどのような地域であっても始動が簡単にでき、更に温度変化による出力変動の少ない電動機の構成の提供が求められている。
【０００７】
そのため本考案者は、複数組の磁極を夫々が有し、これらの磁極が両者間で対向するように設置されると共に、両者間の相対的な回転により電力乃至動力を取り出すロータとステータとを備えた同期機において、該ロータ又はステータのうち少なくとも一方の磁極を電磁石で構成すると共に、電磁石で構成されたロータ側及び／又はステータ側の磁極の向きを、対向するステータ側又はロータ側の磁極の向きに対して傾斜せしめる構成を提案した。
【０００８】
該構成によれば、ロータ側及びステータ側の少なくとも一方を電磁石で構成したので、その磁極の形状を自由に形成することが可能となり、それに伴って電磁石で構成されたロータ側又はステータ側の磁極を、対向する側の磁極に対してスキューせしめる構造であるため、コッキングの影響のない（回転むらのない）同期機を簡単に製造できるようになる。またこれまでロータ側乃至ステータ側の少なくとも一方を永久磁石で構成していたために取り出せる電力乃至動力に限界があったのに対し、ステータ側及びロータ側の磁極の構成を電磁石で構成すれば、取り出せる電力乃至動力の最大値を更に増大できるようになり、上記コッキングによる回転抵抗を減じたこととも相俟って、大きな出力の取り出しをも可能になる。
【０００９】
さらに永久磁石を使用した電動機の構成の場合は、極端な温度の変化があった時に磁力が低下し、寒冷地や酷暑地域において電動機の始動がなかなかできず、更に温度変化が著しい場合、電動機の出力低下が顕著になっていたが、上述のように全てを電磁石にした構成では、温度変化による磁力の変動は殆どなく、そのため電動機の出力変動はごく僅かであり、また該電動機の始動も容易になる。特に電磁石の場合は、温度が低下すればする程、大きな磁力が得られ、寒冷地における上記問題は解消されることになる。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記構成を元に、作成されていた同期機の実際の構成では、例えばステータの数が８極だとすると、対応するロータの数は７極又は９極となるが、上記コッキングによる回転抵抗がまだ完全に取り去ることができず、そのため回転むらが少なからず生じていた。
【００１１】
本考案は、以上の問題を解決するため創案されたものであり、コッキングによる回転抵抗がほぼ完全に取り去られ、回転むらのない同期機を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そのため、本考案の構成は、複数組の磁極を夫々が有し、これらの磁極が両者間で対向するように設置されると共に、両者間の相対的な回転により電力乃至動力を取り出すロータとステータとを備え、該ロータ又はステータのうち少なくとも一方の磁極を電磁石で構成すると共に、電磁石で構成されたロータ側及び／又はステータ側の磁極の向きを、対向するステータ側又はロータ側の磁極の向きに対して傾斜せしめた同期機において、上記ステータの数を１３極、対向するロータの数を１２極又は１４極とすることを基本的特徴としている。
【００１３】
上記構成では、コッキングによる回転抵抗を少なくする上では、ステータの数とロータの数を増やすことが望ましいが、上記の極数以上では、回転始動がしづらくなり、また製作上、その極数以上では、加工が困難になるなどの制限から、これらの問題乃至制限をなくした構成が提供されることとなった。
【考案の効果】
【００１４】
本考案の同期機によれば、ステータの数とロータの数を適度な数に設定することにより、コッキングによる回転抵抗を少なくした上で、且つ回転始動もスムーズでき、また製作上、加工が困難になるなどということもなくなり、これまで熟練工による少量生産しかできなかった回転むらのない同期機を大量に生産できるという優れた効果を有している。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下本考案の実施形態の一例を説明する。図１は、本考案の構成を備えた発電機の部分拡大分解図である。同図におけるステータとロータは通常の発電機と異なっており、１はマグネットで構成される回転するロータ、２は電磁石で構成され固定された状態のステータであり、該ステータ２の軸２ａがロータ１側の中空部を貫通してその外部に延出し、そこで固定されている。
【００１６】
同図に示すように、上記ステータ２の周囲には、放射状に１３本のポールが延出すると共に、各ポールの周りにコイルｃ１〜ｃ１３が巻回されており、これらによって１３個の磁極２０ａ〜２０ｍが構成されている。これらのコイルｃ１〜ｃ１３の端部はステータ２の軸２ａの途中に設けられた整流子（図示なし）に延出して、該整流子により外部電源に繋がっていて、該電源から電流が供給され、それによって電磁石が構成される。
【００１７】
さらに、コイルｃ１〜ｃ１３の、後述するロータ１のマグネット１２に対向する磁極面は、該ロータ１の長方形状のマグネット１２の形状に対して、傾斜せしめた状態の菱形形状に成形されている。すなわち、本構成では、図２に示すように、上記１３個のステータ２の磁極２０ａ〜２０ｍの磁極面が、ステータ２の軸２ａ（ロータ１の軸芯線と一致）に対して角度を付けて設けられており、これによりステータ２側の磁極面の向きが、対向するロータ１側の磁極の向きに対して傾斜せしめた状態にセットされている。
【００１８】
他方ロータ１は、中空円環状のアルミニューム筐体１１と、その内面に上記ステータ２のコイルｃ１〜ｃ１３磁極面に対向するように貼着された１２極のマグネット１２とを有して構成されている。そして、該マグネット１２は、隣り合うもの同士Ｎ極とＳ極の交互に配置されている。
【００１９】
該ロータ１は、その軸芯線上で、上記コイルｃ１〜ｃ１３の磁極面に対向するマグネット１２設置面より外側の位置において、ベアリング（図示無し）により、回転可能な状態で設置されており、例えばそれより延出した位置の外周面において、風車の羽などが取り付けられるようにしても良い。
【００２０】
上記構成では、さらにコッキングによる影響がなくなって回転がスムーズになり、それと相俟って、回転始動もスムーズにでき、その分発電効率も大きく向上することとなった。さらに全体の構成が小型化できるため、風車の発電機などに風車の軸芯に直接接続されて設けるようにすることもでき、より発電効率が向上することになった。
【００２１】
上記構成では、対向する磁極の一方を他に対してスキューさせる場合に、そのような角度を付けてステータ２のコイルｃ１〜ｃ１３磁極面を加工すれば足り、それによってステータ２側の磁極面の向きが、対向するロータ１側の磁極（マグネット）の向きに対して傾斜せしめることが可能となる。従って該構成は量産化に向き、熟練工でない者でも、１００ｔｏｎ規模の金型プレス機で数千〜１万個／日程度製造することが可能となった。これに対し予め斜めに切断された永久磁石をリング状に貼り合わせてロータとする従来構成の場合は、放電加工乃至フライスで斜めに切断するのに熟練を要するため、熟練工でも５００個／日しか製造できなかった。
【００２２】
尚、本考案の同期機は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本考案の同期機は、発電機ばかりではなく、電気自動車用に、電動機などとして用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本考案の構成を備えた発電機の部分拡大分解図である。
【図２】ステータ２の軸２ａに対する１３個の電磁石の設置状態を示す説明図である。
【図３】従来の電動機乃至発電機の構成を示す説明図である。
【図４】ステータの永久磁石をロータ側の磁極に対してスキューした状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１          ロータ
２          ステータ
２ａ        軸
１０、２０      磁極
１１            アルミニューム筐体
１２            マグネット
２０ａ〜２０ｍ  磁極
ｃ１〜ｃ１３    コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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